RU2781329C1 - СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ Al-Cu-Fe - Google Patents
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ Al-Cu-Fe Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781329C1 RU2781329C1 RU2021131372A RU2021131372A RU2781329C1 RU 2781329 C1 RU2781329 C1 RU 2781329C1 RU 2021131372 A RU2021131372 A RU 2021131372A RU 2021131372 A RU2021131372 A RU 2021131372A RU 2781329 C1 RU2781329 C1 RU 2781329C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quasi
- slip
- coating layer
- coating
- steel part
- Prior art date
Links
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 229910017827 Cu—Fe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 36
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 14
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N Tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 12
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 11
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 abstract description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 abstract description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 6
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- 229910018182 Al—Cu Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- 229910017818 Cu—Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000001847 Jaw Anatomy 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 201000008739 coronary artery disease Diseases 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing Effects 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способам поверхностного упрочнения металлов и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок. Способ получения износостойкого покрытия на основе квазикристаллического однофазного сплава системы Al-Cu-Fe на поверхностности стальной детали включает приготовление металлокерамического шликера, нанесение на поверхность стальной детали первого слоя покрытия в виде металлокерамического шликера, суспензированного в антикоррозионной двухкомпонентной грунт-эмали полиуретол 20s (УФ). Металлокерамический шликер содержит порошкообразные тугоплавкие материалы, мас.%: карбонитрид циркония 15-20, карбид вольфрама 25-35, электропроводящий материал в виде порошка железа или хрома, или никеля, или их сплавов 35-50 с размером частиц 30-65 нм, двухкомпонентную грунт-эмаль полиуретол 20s (УФ) - остальное и универсальный разбавитель, представляющий собой растворитель Р-5, обеспечивающий необходимую рабочую консистенцию наносимому шликеру. Затем проводят сушку упомянутого шликера и полимеризацию, осуществляют нагрев до плавления нанесенного металлокерамического шликера и поверхностного слоя детали с помощью газопламенной или аргонодуговой обработки неплавящимся электродом, выдержку и охлаждение. Затем наносят второй слой покрытия на основе порошкообразного тугоплавкого материала в виде квазикристаллического однофазного сплава системы Al-Cu-Fe, осуществляют его сушку, полимеризацию и нагрев стальной детали для инициирования СВС-реакции до температуры в интервале 550-800°С с выдержкой при температуре 800°С в течение 1,5-2,0 ч, охлаждение и отпуск при температуре 580-600°С. Обеспечивается создание износостойкого покрытия на основе квазикристалла Al65Cu22Fe13 на поверхности стальной детали для условий работы в абразивной среде или в абразивно-ударной среде. 3 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области металлургии износостойких покрытий, содержащих квазикристаллическую структуру, а именно к способам поверхностного упрочнения металлов, и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в экстремальных условиях эксплуатации с воздействием абразивного изнашивания и знакопеременных нагрузок.
Квазикристаллы - интерметаллидные соединения, атомная структура которых характеризуется наличием осей симметрии 5, 8, 10 и 12 порядков. Известно, что соединения металлов с такой кристаллографической структурой обладают уникальными свойствами: низким коэффициентом трения и низкой смачиваемостью, высокой твердостью, высокой износостойкостью и антифрикционными свойствами, низкой теплопроводностью и высокой коррозионной стойкостью и значительной радиационной стойкостью. Квазикристаллы могут найти широкое применение в качестве наполнителей композиционных материалов для повышения износостойкости изделий из них, в качестве антифрикционных теплозащитных коррозионностойких покрытий, в качестве добавок к горюче смазочным материалам для увеличения срока службы подшипников качения и снижения расхода смазки.
Известен способ получения композиционных покрытий для деталей трения в авиационной, судостроительной, автомобильной и других областях промышленности. Способ включает ускорение порошкового материала предварительно нагретым до 100-350°С потоком воздуха со скоростью более 300 м/с и нанесение его на поверхность изделия. В качестве порошкового материала используют смесь, содержащую два компонента, один из которых пластичный металл - медь, другой - материал, имеющий твердость не менее чем в три раза выше, чем у пластичного компонента. В качестве твердого компонента используют мелкодисперсный порошок квазикристаллических частиц в количестве 10-60 мас. % и дополнительно в порошковый материал вводят в количестве 20-80 мас. % порошок железа с размером частиц 100-200 мкм. Нанесение покрытия проводят под углом 85-75 градусов к поверхности детали. В качестве твердого компонента используют квазикристаллические частицы системы Al-Cu-Fe, Al-Cu-Mg. Технический результат - повышение твердости, износостойкости, снижение пористости и коэффициента трения покрытия.
(RU 2430995, B22F 1/00, С23С 24/08, опуб. 10.05.2011).
Недостатком данного способа является нестабильность полученных покрытий, связанная с необходимостью нанесения покрытия под углом 75-85°, кроме того, полученное таким способом покрытие пригодно только для деталей трения.
Известен способ получения покрытий из квазикристаллических сплавов системы Al-Cu-Fe. Способ включает послойное напыление на поверхность детали расплавленных частиц, нагрев которых осуществляют в плазменной струе, экранированной подачей пирофорного технологического газа в пятно напыления. Напыление покрытия осуществляют из порошка, исходная смесь которого взята при соотношении алюминия, меди и железа, соответствующем области существования квазикристаллической фазы сплава Al-Cu-Fe, путем нагрева его до температуры плавления в инертной атмосфере. При этом поверхность детали охлаждают теплоносителем, а температуру в пятне напыления поддерживают в интервале 650-750°С. Технический результат - получение покрытия из квазикристаллического сплава системы Al-Cu-Fe.
(RU 2335574, С22С 21/12, С23С 4/08, С23С 4/12, опуб. 10.10.2008).
Недостатком способа является необходимость получения порошков квазикристаллов, сложность и высокая стоимость используемого оборудования, а также зависимость процентного содержания квазикристаллической фазы в покрытиях от температуры в пятне напыления. Температура в пятне напыления зависит от параметров работы плазмотрона, дистанции напыления, расходов порошка, технологического газа, теплоносителя и скорости взаимного перемещения плазмотрона и детали.
Известен сплав для получения износостойких электропроводящих покрытий на основе меди с армирующими наночастицами квазикристаллического соединения системы Al-Cu-Fe.
(RU 2362839, кл. С23С 24/04, В82 В 3/00, 2009 г.)
При получении покрытия на основе этого сплава выявили следующие два недостатка: недостаточная пластичность и ограниченный диапазон микротвердости.
Наиболее близким к заявляемому способу получения износостойкого покрытия на основе квазикристаллического сплава системы Al-Cu-Fe по технической сущности является принятый в качестве прототипа сплав на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe для нанесения износостойкого наноструктурного покрытия и способ его нанесения на металлическую подложку.
Заявлен сплав на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe для нанесения износостойкого, наноструктурного покрытия. Сплав характеризуется тем, что он содержит медь в виде самостоятельной фазы и карбид вольфрама при следующем соотношении компонентов, мас. %: медь 2-5, карбид вольфрама 20-40, квазикристалл системы Al-Cu-Fe -остальное, причем квазикристалл системы Al-Cu-Fe имеет следующий состав, мас. %: алюминий 65, медь 21,5-23,5, железо 11-13,5. Технический результат - повышение износостойкости за счет повышения микротвердости материала наряду с повышением адгезионной и когезионной прочности наносимых покрытий.
Практическая реализация предлагаемого технического решения выполнялась по следующей схеме: выплавка исходного сплава методом прямого сплавления компонентов; дробление полученного слитка; нанесение покрытий методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления (ХГДН)
Выплавка сплава производилась в высокочастотном индукторе установки типа Л3-13 мощностью 10 кВт 4 при следующей последовательности введения шихтовых компонентов: квазикристалл Al-Cu-Fe → медь → карбид вольфрама. Масса получаемых слитков 0,7-0,8 кг.
Дробление полученного слитка производилось последовательно на щековой дробилке типа «Пульверизетте 1» до фракции 3-5 мм, а затем на дезинтеграторной установке типа ДЕЗИ-15 до фракции 20-100 мкм в соответствии с руководящей документацией.
Нанесение функциональных покрытий из полученного таким образом порошка производилось методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления (ХГДН) на установке типа ДИМЕТ-3 в соответствии с руководящей документацией. Температура гетерофазного потока при напылении не превышала 130°С при скоростях частиц 660-825 м/с, что обеспечивает сохранение наноструктурного состояния покрытия и практического отсутствия пористости.
В качестве подложек использовалась медь, никель и сплав Х15Ю5. Толщина получаемого покрытия составляет 18-20 мкм.
(RU 2434077, С23С 14/06, С22С 1/04, В82В 3/09,опуб. 27.05.2011).
Недостатком этого способа является сложность и дороговизна применяемого оборудования для получения порошков квазикристаллов, и невысокая толщина покрытия. Кроме того, недостатком данного способа является малая вероятность получения неквазикристаллической структуры, так как исходная смесь порошков Al-Cu-Fe взята не в атомных процентах, а в массовых процентах. Поэтому порошок, получаемый данным способом, может иметь недостаточное качество и не на 100% состоять из квазикристаллов требуемого состава.
Задачей и техническим результатом изобретения является создание высоко износостойкого покрытия на основе квазикристалла Al65Cu22Fe13 на поверхности стальной детали, как для условий работы в абразивной среде, так и в абразивно-ударной среде.
Технический результат достигается тем, что в способе получения износостойкого покрытия на основе квазикристаллического сплава системы Al-Cu-Fe на поверхностности стальных деталей предусмотрено изготовление шихты (шликера), нанесение на поверхность металлической основы шликерного состава, суспензированного в антикоррозионной двухкомпонентной грунт-эмали [полиуретол 20s (УФ)], его сушка и полимеризация, нагрев до плавления металлокерамической пасты и поверхностного слоя детали с помощью газопламенной, аргонодуговой обработки неплавящимся электродом или другим методом, выдержка, охлаждение, затем нанесение второго слоя порошкообразного тугоплавкого материала, соответствующего квазикристаллическому однофазному сплаву Аl-Сu-Fе, его сушка, полимеризация и нагрев заготовки до момента инициализации технологического горения (СВС-процесса),охлаждение и отпуск отличающийся тем, что шликер (обмазка) первого слоя содержит порошкообразные тугоплавкие материалы в мас. %: карбонитрид циркония 15-20, карбид вольфрама 25-35, электропроводящий материал 35-50, с размером частиц 30-65 нм, двухкомпонентная грунт-эмаль - остальное и универсальный разбавитель для необходимой рабочей консистенции.
Технический результат также достигается тем, что квазикристаллический сплав системы Al-Cu-Fe для устойчивого существования квазикристаллической фазы содержит в, ат. %: алюминий 65,0, медь 22,0, железо 13,0.
Технический результат также достигается тем, что второй слой покрытия содержит однофазный квазикристаллический сплав системы Al-Cu-Fe - 40-55 мас. %, карбонитрид титана - 20-40 мас. %, с размером частиц 30-65 нм, никель 2,5-8,0 мас. %, двухкомпонентная грунт-эмаль - остальное и универсальный разбавитель для необходимой рабочей консистенции., причем для работы деталей в абразивной среде содержание квазикристаллического сплава системы Al-Cu-Fe выбирается по максиму (55,0 мас. %), а содержание никеля выбирается по минимуму (2,5 мас. %), а для деталей работающих в абразивно-ударной среде содержание квазикристаллического сплава системы Al-Cu-Fe - по минимуму (40 мас. %) и содержание никеля - по максимуму (8,0 мас. %)
Технический результат также достигается тем, что в качестве электропроводящего материала возможно применение порошков железа или хрома, или никеля или их сплавов.
Технический результат также достигается тем, что для получения квазикристаллической фазы проводится нагрев в интервале температур 550-800°С, с выдержкой при температуре 800°С в течение 1,5-2,0 ч.
Технический результат также достигается тем, что для наплавленного слоя для получения высоких механических свойств и износостойкости проводится отпуск при температуре 580-600°С
Технический результат также достигается тем, что толщина первого слоя составляет 0,80-1,50 мм, а толщина второго слоя составляет 25-35 мкм.
Способ получения износостойкого покрытия на основе квазикристаллического сплава системы Al-Cu-Fe на поверхностности стальных деталей заключается в насыщении поверхности легирующими элементами. Предварительно на поверхность стальной детали наносится обмазка суспензированного в антикоррозионной двухкомпонентной грунт-эмали [полиуретол 20s (УФ)], порошкообразного тугоплавкого материала, его сушка и полимеризация для условий работы деталей в абразивной среде.
Шликер (обмазка) содержит порошкообразные тугоплавкие материалы в мас. %: карбонитрид циркония 15-20, карбид вольфрама 15-25, электропроводящий материал 35-50, с размером частиц 30-65 нм, двухкомпонентная грунт-эмаль - остальное и универсальный разбавитель типа Р-5 для необходимой рабочей консистенции, причем сумма карбонитрида циркония и карбида вольфрама составляет 35-40 мас. %.
Содержание суммы карбонитрида циркония и карбида вольфрама в сумме 35-40 мас. % является оптимальным. При содержании менее 35 мас. % не обеспечивается высокая твердость покрытия и износостойкость, а при содержании более 40 мас. % покрытие становится хрупким и склонно к выкрашиванию.
Электропроводящий материал 35-50 мас.% с необходимой электропроводностью, обеспечивает покрытиям пригодность для свариваемости, так как входящие в состав покрытия карбонитрид циркония и карбид вольфрама являются диэлектриками. Оптимальным по достигнутому эффекту является содержание электропроводящего материала 35-50 мас. %. содержание менее 35% не дает нужного эффекта, а более 50 мас. % приводит к уменьшению твердости. Кроме того, наличие такого материала обеспечивает необходимую пластичность покрытия.
Двухкомпонентная полиуретановая грунт-эмаль предназначена для защиты поверхности черных и цветных металлов. Материал образует прочное химически стойкое полимерное покрытие устойчивое к излучению, механическим воздействиям, а также к резким перепадам температур. Защитное покрытие наносится прямо на ржавчину без предварительного грунтования. Состав грунт-эмали гарантирует непревзойденную адгезию к поверхности металлов, а образуемое им финишное покрытие отличается превосходной устойчивостью к воздействию нефтепродуктов. При дополнительном введении порошкообразного тугоплавкого материала обладает высокой стойкостью при абразивном воздействии. Материал покрытия наносят раклями, окунанием, лакированием, распылением, валками, струйным обливом или наливом на подложку.
Универсальный разбавитель Р-5.
Органический состав Р-5 используется для разбавления различных красок до получения рабочей вязкости, Популярность этой смеси объясняется ее отличными эксплуатационными характеристиками. Большое количество компонентов, входящих в состав данной смеси, определяет ее широкую специализацию и, помимо этого, возможность растворения разнообразных органических веществ.
Электропроводящий материал с необходимой электропроводностью, обеспечивает покрытиям пригодность для свариваемости, так входящие в состав покрытия карбонитрид циркония и карбид вольфрама являются диэлектриками.
Для условий работы деталей в абразивно-ударной среде применяется аргонодуговая обработка неплавящимся электродом, выдержка и охлаждение.
Благодаря применению соответствующего связующего с необходимым наполнителем материал покрытия согласно изобретению изменяется во время высокотемпературной обработке в процессе сварки таким образом, что связующее окисляется при температуре свыше 600°С в течение менее 10 минут. Органические компоненты сгорают с образованием газообразных продуктов и электропроводящей сажи. При сгорании органических компонентов в слое покрытия образуется восстановительная атмосфера, предохраняющая металлопигменты от окисления при высокотемпературном процессе. Содержащиеся в слое покрытия металлопигменты или неметаллические электропроводящие частицы после окислительного удаления электроизолирующих компонентов из слоя покрытия сцепляются с поверхностью подложки и образуют электропроводящую поверхность.
В процессе аргонодуговой обработки происходит проплавление поверхности стальной детали и внедрение тугоплавких составляющих. Процесс наплавки представляет собой плавление и дальнейшую кристаллизацию. При этом происходит частичное оплавление поверхности детали, образование ванн, в которых и протекает кристаллизация. После наплавки на поверхности детали можно выделить две зоны: зону сплавления и зону термического влияния. В зоне сплавления происходит перемешивание металла обмазки и металла основы. Присутствующие в обмазке карбонитриды титана позволяет при затвердевании сварочной ванны образовать большое количество центров кристаллизации, равномерно распределенных в объеме металла затвердевания стали химически стойкие частицы карбонитрида титана обладают повышенной устойчивостью к диссоциации и будут являться центрами кристаллизации аустенитных зерен, что существенно измельчит первичное зерно, что обеспечит увеличение прочностных свойств и одновременно показателей пластичности, вязкости и износостойкости как самой наплавки так и зоны термического влияния примыкающий к сварочной ванне.
Такой способ поверхностного легирования позволяет получить износостойкий поверхностный слой толщиной 0,8-1,5 мм. равномерно распределенный по поверхности стальной заготовки независимо от сложности геометрических форм заготовки
После аргонодуговой обработки детали производят нанесение второго слоя порошкообразного тугоплавкого материала, соответствующего квазикристаллическому однофазному сплаву Al-Cu-Fe, его сушка, полимеризация и нагрев заготовки до момента инициализации технологического горения (СВС-процесса), охлаждение и отпуск, квазикристаллический сплав системы Al-Cu-Fe для устойчивого существования квазикристаллической фазы содержит, в ат.%: алюминий 65,0, медь 22,0, железо 13,0.
Второй слой покрытия содержит однофазный квазикристаллический сплав системы Al-Cu-Fe - 40-55 мас. %, карбонитрид титана - 20-40 мас. %), с размером частиц 30-65 нм, никель 2,5-8,0 мас. %, двухкомпонентная грунт-эмаль - остальное и универсальный разбавитель для необходимой рабочей консистенции.
Введение в состав покрытия наночастиц карбонитрида титана в количестве 25-40 мас, % является оптимальным и позволяет при затвердевании расплава образовывать большое количество центров кристаллизации равномерно распределенных в объеме металла
Карбонитрид титана когерентно связывается с квазикристаллической матрицей системы Al-Cu-Fe. При содержании карбонитрида титана менее 20 мас. %) не обеспечивается высокая твердость покрытия и износостойкость, а при содержании более 40 мас. % покрытие становится хрупким и склонно к выкрашиванию.
Материал покрытия согласно изобретению изменяется во время СВС-процесса таким образом, что связующее окисляется при температуре свыше 600°С в течение менее 10 минут. Органические компоненты сгорают с образованием газообразных продуктов и электропроводящей сажи. При сгорании органических компонентов в слое покрытия образуется восстановительная атмосфера, предохраняющая металлопигменты от окисления при высокотемпературном процессе. Содержащиеся в слое покрытия металлопигменты или неметаллические электропроводящие частицы после окислительного удаления электроизолирующих компонентов из слоя покрытия сцепляются с поверхностью подложки и образуют электропроводящую поверхность.
Термообработка в виде отпуска при температуре 580-600°С приводит к тому, что материал покрытия изменяет свою структуру, что особенно технологически важно для металла, работающего в сложных условиях, где присутствует абразивный износ. Такой способ поверхностного легирования позволяет получить износостойкий поверхностный слой толщиной 25,0-35,0 мкм.
Для подтверждения заявленного способа поверхностного легирования стальной детали из стали марки 08Х18Н10Т были проведены исследованиях на лист толщиной 20 мм из стали 08Х18Н10Т валиком или кистью наносилась покрытие толщиной, примерно, 4,0 мм. Время холодной сушки до полного отверждения покрытия составляет 1 ч. при комнатной температуре (18-20°С). Обмазка содержит порошкообразные тугоплавкие материалы в мас. %: карбонитрид циркония 17,0, карбид вольфрама 23, электропроводящий материал 45,0, с размером частиц 30-65 нм, двухкомпонентная грунт-эмаль - остальное и универсальный разбавитель типа Р-5 для необходимой рабочей консистенции, сумма карбонитрида циркония и карбида вольфрама составляет 40 мас. %. Затем проводилась аргонодуговая обработка неплавящимся электродом. Получен слой покрытия толщиной 1,20 мм
После аргонодуговой обработки детали повторно наносился второй слоя порошкообразного тугоплавкого материала, соответствующего квазикристаллическому однофазному сплаву. Al65Cu22Fe13, его сушка, полимеризация и нагрев заготовки до момента инициализации технологического горения (СВС-процесса), охлаждение и отпуск, квазикристаллический сплав системы Al-Cu-Fe для устойчивого существования квазикристаллической фазы содержит в, ат.%: алюминий 65,0, медь 22,0, железо 13,0.
Второй слой покрытия содержал однофазный квазикристаллический сплав системы Al-Cu-Fe - 54 мас. %, карбонитрид титана 30,0 мас. %, с размером частиц 30-65 нм, никель 2,5, мас. %, двухкомпонентная грунт-эмаль - остальное и универсальный разбавитель для необходимой рабочей консистенции для условий работы в абразивной среде.
А для условий работы в абразивно-ударной среде второй слой покрытия содержал однофазный квазикристаллический сплав системы Al-Cu-Fe - 40 мас. %, карбонитрид титана 35,0 мас. %, с размером частиц 30-65 нм, никель 7,5, мас. %, двухкомпонентная грунт-эмаль - остальное и универсальный разбавитель для необходимой рабочей консистенции.
Затем для получения квазикристаллической фазы проводится нагрев в интервале температур 550-800°С, с выдержкой при температуре 800°С в течение 1,5-2,0 ч. Хотя при сгорании органических компонентов в слое покрытия в процессе СВС-реакции образуется восстановительная атмосфера, предохраняющая металлопигменты от окисления при высокотемпературном процессе. Для 100% исключения окислительных процессов нагрев проводили в жидком растворе поваренной соли NaCl, затем охлаждение и отпуск при температуре 580°С, выдержка 1,5 ч. охлаждение на воздухе.
После шлифовки исследовалась микроструктура на вырезанных образцах и замерялась твердость переносным прибором ТЭМП-4. Исследование микроструктуры показало равномерное распределение карбонитрида титана и квазикристаллической фазы системы Al-Cu-Fe, твердость поверхностного слоя составила 57,0-62,0 HRC для условий работы в абразивной среде и 48,0-50,0 HRC для условий работы в абразивно-ударной среде. После травления была выявлена толщина покрытия 30 мкм и 32 мкм соответственно.
Способ получения износостойкого покрытия на основе квазикристаллического сплава системы Al-Cu-Fe на поверхностности стальных деталей позволяет легко осуществить в промышленных условиях при отсутствии дорого стоящего оборудования, легко воспроизводим и. равномерно распределен по поверхности стальной заготовки независимо от сложности геометрических форм заготовки.
Применение этого способа получения покрытий позволит существенно повысить износостойкость при абразивном и абразивно-ударном воздействии.
Таким образом, изобретение позволяет получить увеличение толщины поверхностного легированного слоя и получить двойной износостойкий слой с твердостью 57,0-62,0 HRC и 48,0-50,0 HRC соответственно.
Claims (4)
1. Способ получения износостойкого покрытия на основе квазикристаллического однофазного сплава системы Al-Cu-Fe на поверхностности стальной детали, характеризующийся тем, что готовят металлокерамический шликер, наносят на поверхность стальной детали первый слой покрытия в виде металлокерамического шликера, суспензированного в антикоррозионной двухкомпонентной грунт-эмали полиуретол 20s (УФ) и содержащего порошкообразные тугоплавкие материалы, мас.%: карбонитрид циркония 15-20, карбид вольфрама 25-35, электропроводящий материал в виде порошка железа, или хрома, или никеля, или их сплавов 35-50 с размером частиц 30-65 нм, двухкомпонентную грунт-эмаль полиуретол 20s (УФ) - остальное и универсальный разбавитель, представляющий собой растворитель Р-5, обеспечивающий необходимую рабочую консистенцию наносимому шликеру, проводят сушку упомянутого шликера и полимеризацию, осуществляют нагрев до плавления нанесенного металлокерамического шликера и поверхностного слоя детали с помощью газопламенной или аргонодуговой обработки неплавящимся электродом, выдержку, охлаждение, затем наносят второй слой покрытия на основе порошкообразного тугоплавкого материала в виде квазикристаллического однофазного сплава системы Al-Cu-Fe, осуществляют его сушку, полимеризацию и нагрев стальной детали для инициирования СВС-реакции до температуры в интервале 550-800°С с выдержкой при температуре 800°С в течение 1,5-2,0 ч, охлаждение и отпуск при температуре 580-600°С.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что квазикристаллический однофазный сплав системы Al-Cu-Fe для устойчивого существования квазикристаллической фазы содержит, ат.%: алюминий 65,0, медь 22,0, железо 13,0.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый второй слой покрытия содержит квазикристаллический однофазный сплав системы Al-Cu-Fe - 40,0-55,0 мас.%, карбонитрид титана - 20-40 мас.% с размером частиц 30-65 нм, никель 2,5-8,0 мас.%, двухкомпонентную грунт-эмаль полиуретол 20s (УФ) - остальное и универсальный разбавитель, представляющий собой растворитель Р-5, обеспечивающий необходимую рабочую консистенцию при нанесении этого слоя покрытия, причем для использования стальной детали в абразивной среде второй слой покрытия наносят с максимальным содержанием квазикристаллического однофазного сплава системы Al-Cu-Fe, составляющим 55,0 мас.%, и минимальным содержанием никеля, составляющим 2,5 мас.%, а для использования стальной детали в абразивно-ударной среде второй слой покрытия наносят с минимальным содержанием квазикристаллического однофазного сплава системы Al-Cu-Fe, составляющим 40 мас.%, и максимальным содержанием никеля - 8,0 мас.%.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина первого слоя покрытия составляет 0,80-1,50 мм, а толщина второго слоя покрытия составляет 25-35 мкм.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2781329C1 true RU2781329C1 (ru) | 2022-10-11 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4626477A (en) * | 1983-10-28 | 1986-12-02 | Union Carbide Corporation | Wear and corrosion resistant coatings and method for producing the same |
RU2335574C1 (ru) * | 2006-12-15 | 2008-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ИЗ КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ Al-Cu-Fe |
RU2362839C1 (ru) * | 2007-11-02 | 2009-07-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Способ нанесения наноструктурированных износостойких электропроводящих покрытий |
RU2373036C1 (ru) * | 2008-05-20 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Способ получения износостойкого покрытия |
RU2434077C2 (ru) * | 2009-11-18 | 2011-11-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | СПЛАВ НА ОСНОВЕ КВАЗИКРИСТАЛЛА СИСТЕМЫ Al-Cu-Fe ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО, НАНОСТРУКТУРНОГО ПОКРЫТИЯ |
CN109382518A (zh) * | 2018-11-18 | 2019-02-26 | 柳州中通科技有限公司 | 一种轨道交通用耐磨损抗腐蚀高精度轴承的加工工艺 |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4626477A (en) * | 1983-10-28 | 1986-12-02 | Union Carbide Corporation | Wear and corrosion resistant coatings and method for producing the same |
RU2335574C1 (ru) * | 2006-12-15 | 2008-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ИЗ КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ Al-Cu-Fe |
RU2362839C1 (ru) * | 2007-11-02 | 2009-07-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Способ нанесения наноструктурированных износостойких электропроводящих покрытий |
RU2373036C1 (ru) * | 2008-05-20 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Способ получения износостойкого покрытия |
RU2434077C2 (ru) * | 2009-11-18 | 2011-11-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | СПЛАВ НА ОСНОВЕ КВАЗИКРИСТАЛЛА СИСТЕМЫ Al-Cu-Fe ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО, НАНОСТРУКТУРНОГО ПОКРЫТИЯ |
CN109382518A (zh) * | 2018-11-18 | 2019-02-26 | 柳州中通科技有限公司 | 一种轨道交通用耐磨损抗腐蚀高精度轴承的加工工艺 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ignat et al. | Magnesium alloys laser (Nd: YAG) cladding and alloying with side injection of aluminium powder | |
Rachidi et al. | Microstructure and mechanical characterization of NiCrBSi alloy and NiCrBSi-WC composite coatings produced by flame spraying | |
Tao et al. | Effect of Fe and Ni contents on microstructure and wear resistance of aluminum bronze coatings on 316 stainless steel by laser cladding | |
Deuis et al. | Metal-matrix composite coatings by PTA surfacing | |
TWI726875B (zh) | 新粉末組合物及其用途 | |
Reddy et al. | Friction surfacing: novel technique for metal matrix composite coating on aluminium–silicon alloy | |
Zabihi et al. | Tribological properties of B4C reinforced aluminum composite coating produced by TIG re-melting of flame sprayed Al-Mg-B4C powder | |
US9108276B2 (en) | Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications | |
US9982332B2 (en) | Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications | |
WO2003074216A1 (en) | Corrosion resistant powder and coating | |
US6416877B1 (en) | Forming a plain bearing lining | |
US5966585A (en) | Titanium carbide/tungsten boride coatings | |
Gui et al. | Aluminum hybrid composite coatings containing SiC and graphite particles by plasma spraying | |
Fatoba et al. | Laser Alloying of an Al-Sn Binary Alloy onto Mild Steel: In Situ Formation, Hardness and Anti-corrosion Properties. | |
CN108048784A (zh) | 一种等离子热喷涂制备氮化物增强高熵合金涂层的方法 | |
Tailor et al. | A review on plasma sprayed Al-SiC composite coatings | |
WO2005118185A1 (en) | Wear resistant alloy powders and coatings | |
EP1077272A1 (en) | Titanium carbide/tungsten boride coatings | |
CN111334742B (zh) | 过渡族金属难熔化合物陶瓷复合涂层的制备方法 | |
US4857116A (en) | Process for applying coatings of zirconium and/or titanium and a less noble metal to metal substrates and for converting the zirconium and/or titanium to a nitride, carbide, boride, or silicide | |
RU2781329C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ Al-Cu-Fe | |
NL8501626A (nl) | Legering in de vorm van metaalpoeder, werkwijze voor het bekleden van een substraat, alsmede voortbrengsel verkregen onder toepassing van de werkwijze. | |
Naizabekov et al. | Use of laser cladding for the synthesis of coatings from high-entropy alloys reinforced with ceramic particles | |
Zhang et al. | Corrosion resistance of TiAl–Nb coating on 316L stainless steel in liquid zinc | |
WO2014105239A1 (en) | Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications |